Hochwasserschutz Dresdner Altstadt unter Be- rücksichtigung

36. Dresdner Wasserbaukolloquium 2013
„Technischer und organisatorischer Hochwasserschutz“
Hochwasserschutz Dresdner Altstadt unter Berücksichtigung denkmalgeschützter Bausubstanz
Heiko Scholz
Ronald Lewis
Toralf Burkert
Die Brühlsche Terrasse bietet für die Dresdner Altstadt scheinbaren Hochwasserschutz. Inwiefern jedoch die alten Festungsmauern tatsächlich wirksamen Schutz
gegen Unter- und Durchströmung bei Hochwasser in der Elbe bieten, war Gegenstand einer umfangreichen Untersuchung. Auf der Basis verschiedener Untersuchungen der Bauwerke und des Baugrundes sowie mit Hilfe eines Grundwassermodells, welches sowohl die Mauern der Festungsanlagen als auch den anstehenden Untergrund erfasst, konnte der Nachweis erbracht werden, dass die Brühlsche
Terrasse genügenden Hochwasserschutz für die Altstadt bietet, wenn gleichzeitig
alle in den Außenmauern vorhandenen Öffnungen und die beiden querenden Straßen bei Hochwasser mobil verschlossen werden.
Stichworte: Hochwasserschutz, Denkmalschutz, Grundwassermodellierung,
Durchströmung von Mauerwerk
1 Veranlassung
Das Hochwasser der Elbe im August 2002 führte zu erheblichen Überschwemmungen in der Stadt Dresden, wobei auch bedeutende Kulturbauten der Dresdner Altstadt wie der Dresdner Zwinger, die Semperoper und das Albertinum betroffen waren.
In Folge des Hochwasserereignisses hat der Freistaat Sachsen für alle Fließgewässer 1. Ordnung Hochwasserschutzkonzepte zur nachhaltigen Verbesserung
des öffentlichen Hochwasserschutzes in den gefährdeten Gebieten aufgestellt.
Für das Gebiet der Stadt Dresden wurden mit der Hochwasserschutzkonzeption
(HWSK Elbe 2004) die bestehenden Überschwemmungsgefährdungen im Stadtgebiet festgestellt. Im Elbeabschnitt zwischen der Carolabrücke und der Augustusbrücke bietet die dort vorhandene Festungsanlage der Brühlschen Terrasse
scheinbaren Hochwasserschutz für das Altstadtgebiet. Jedoch bestehen Überschwemmungsgefährdungen auf Grund von zwei die Außenmauern der Brühlschen Terrasse durchbrechenden Straßen (Münzgasse, Brühlsche Gasse). Zudem
ist nicht bekannt, ob die Außenmauern der Brühlschen Terrasse tatsächlich aus-
Block A2
Saal 4
Technische Universität Dresden – Fakultät Bauingenieurwesen
Institut für Wasserbau und Technische Hydromechanik
22
Hochwasserschutz Dresdner Altstadt unter Berücksichtigung denkmalgeschützter Bausubstanz
reichenden Hochwasserschutz bieten. Darüber hinaus gibt es in den Außenmauern zahlreiche Öffnungen (Türen, Fenster, Scharten), die durchströmt werden. Mit der Hochwasserschutzkonzeption werden daher Vorschläge für Hochwasserschutzmaßnahmen (HWS-Maßnahmen) unterbreitet.
Basierend auf dieser Hochwasserschutzkonzeption erfolgten im Jahr 2003 erste
Planungen und es wurde im Auftrag der Landeshauptstadt Dresden eine Vorplanung für die bauliche Realisierung der HWS-Maßnahmen aufgestellt (PROWA
2003). Im Jahr 2006 begannen weiterführende Untersuchungen und die Planungsarbeiten für die bauliche Realisierung der erforderlichen HWSMaßnahmen.
2 Ausgangssituation
Für die Untersuchung von möglichen HWS-Maßnahmen wurde eine Vorplanung aufgestellt, in der der Innenstadtbereich zwischen Carolabrücke bis zur
Marienbrücke betrachtet wurde. Als Vorzugsvariante wurden folgende Maßnahmen zur Umsetzung empfohlen:
Schaffung mobiler Verschlüsse für die beiden die Brühlsche Terrasse
durchbrechenden Straßensowie der in den Außenmauern der Brühlschen
Terrasse vorhandenen Öffnungen
Ertüchtigung des Untergrundes und der Außenmauern der Brühlschen Terrasse durch geeignete Abdichtungsmaßnahmen
Die mobilen Verschlüsse für vorhandene Türen-, Fenster und sonstige Maueröffnungen waren zum Zeitpunkt der Untersuchungen bereits realisiert worden.
Die Schaffung mobiler Verschlüsse für die Münz- und die Brühlsche Gasse erfolgte im Rahmen eines separaten Bauvorhabens.
Damit beschränkten sich die Untersuchungen auf die Überprüfung der Eignung
der Außenmauern der Brühlschen Terrasse als HWS-Anlage für die Dresdner
Altstadt bei gleichzeitigem Verschluss aller vorhandenen Öffnungen sowie der
Notwendigkeit einer Abdichtung des Untergrundes unter den Außenmauern.
Dabei waren folgende Randbedingungen zu berücksichtigen:
Grundsätzlich waren Aspekte des Denkmalschutzes der zu großen Teilen
aus dem 16. Jahrhundert stammenden Festungsanlagen zu beachten.
Dresdner Wasserbauliche Mitteilungen, Heft 48
23
Das Wasser darf bei Hochwasser der Elbe in die Bauwerke eindringen und
die in der Festung befindlichen Kasematten fluten, jedoch darf es dabei
nicht zum oberirdischen Austritt hinter der Brühlschen Terrasse kommen.
Auch Grundwasser soll nicht im zu schützenden Stadtgebiet hinter der
Brühlschen Terrasse zu Tagetreten.
3 Untersuchungen und Untersuchungsergebnisse
3.1 Recherche Bestandsunterlagen
Für die exakte Kenntnis der zu untersuchenden baulichen Anlagen wurden in
einem ersten Schritt verfügbare Bestandsunterlagen des Verwalters der Liegenschaft recherchiert. Dabei konnten einige wenige Bestandspläne von Bauwerksteilen der Festungsanlagen aus der jüngeren Vergangenheit geprüft, die jedoch
längst nicht die Gesamtanlagen darstellen.
Es erfolgte daher in einem zweiten Schritt eine umfangreiche Recherche im
Hauptstaatsarchiv des Freistaates Sachsen bezüglich verfügbarer historischer
Pläne, Bauwerksdarstellungen und Karten (Beispiel siehe Abb. 1).
Abbildung 1: Beispiel für historischen Bauwerksplan - Grundriss der Brühlschen Terrasse,
Darstellung von 1839 (Quelle: Hauptstaatsarchiv Freistaat Sachsen)
1
Block A2
Block
Saal
Saal 44
36. Dresdner Wasserbaukolloquium 2013: „Technischer und organisatorischer Hochwasserschutz“
Hochwasserschutz Dresdner Altstadt unter Berücksichtigung denkmalgeschützter Bausubstanz
24
Im Zuge der Auswertung der historischen Pläne wurde erkannt, dass im unteren
Bereich der Außenmauern früher Öffnungen für Entwässerungskanäle der Stadt
vorhanden waren. Diese alten Kanäle befanden sich in einer Höhe, die heute
weit unter der Geländeoberkante des Terrassenufers liegt, da das Gelände in diesem Bereich in den vergangenen Jahrhunderten gegenüber dem früheren Elbufer
aufgeschüttet wurde.Es ergaben sich zwei Bereiche, in welchen früher Entwässerungskanäle die Außenmauer querten.
Solche Altkanäle, die eine rasche Durchströmung der Bauwerke befürchten ließen, wurden an zwei Stellen vermutet. Ein solcher Kanal in der Festungsmauer
ist in einem historischen Plan im Bereich der damals dort am Salzhafen befindlichen „Müntze“ dargestellt (vgl. Abb. 2). Heute befindet sich hier die Lagertonne
der Sächsischen Schiffsgastronomie.
1
1
Abbildung 2: Historischer Plan „von der Stirnmauer nach der Elbe zu, des Gebäudes bey
der Müntze…“; im Bild ist ein Kanal dargestellt (siehe Ziffer 1); Darstellung
von 1738 (Quelle: Hauptstaatsarchiv Freistaat Sachsen)
25
Dresdner Wasserbauliche Mitteilungen, Heft 48
In der nachstehenden Ansicht der Brühlschen Terrasse (Abb. 3) sind zwei Möglichkeiten für die rekonstruierte Lage des vermuteten Kanals dargestellt.
HW 100
Abbildung 3: Ansicht der Brühlschen Terrasse im Bereich der ehemaligen „Müntze“; mit 3
und 4 sind die Lagen eines vermuteten Altkanales bezeichnet(Scholz + Lewis
2006 A)
Ein zweiter solcher Kanal wurde in anderen Zeichnungenöstlich von der Brühlschen Gasse im Bereich desals „Piatta forma“ bezeichneten Bauwerksteils gefunden.
3.2 Bauwerksuntersuchungen
Die Auswertung aller gefundenen Unterlagen genügte jedoch nicht, um ausreichende Kenntnis zur Bauwerksgeometrie und Bauart der zu untersuchenden Außenmauern und Räume in den Festungsanlagen sowie zum anstehenden Untergrund zu erhalten. Es waren somit weitere Untersuchungen erforderlich.
Für Bauwerksteile mit Relevanz für die Untersuchung wurden Bauwerksvermessungen durchgeführt. Dies erfolgte im Wesentlichen für Bauwerksteile, die
bezüglich der Standsicherheit und der Untersuchung zum Durchströmungsverhalten von Interesse waren. Mauerdicken wurden dabei vorwiegend an vorhandenen Fenster- und Türöffnungen bestimmt.
Zur Ermittlung der tatsächlichen Bauwerksabmessungen, -gründung und beschaffenheit der Außenmauern der Brühlschen Terrasse wurden Bauzustandsuntersuchungen durchgeführt. Hierfür erfolgten Vertikalbohrungen zur
Erkundung der Bauwerksgründung. Der Mauerwerksaufbau wurde überwiegend
durch Sondierungsbohrungen in Mörtelfugen mit Hilfe endoskopischer Untersuchung erkundet. Zur Bestimmung der bautechnischen Eigenschaften des
Mauerwerkes erfolgten horizontale Kernbohrungen mit der Entnahme von
Bohrkernen, die im Labor bezüglich ihrer Materialeigenschaften untersucht
wurden.
1
Block A2
Block
Saal
Saal 44
36. Dresdner Wasserbaukolloquium 2013: „Technischer und organisatorischer Hochwasserschutz“
26
Hochwasserschutz Dresdner Altstadt unter Berücksichtigung denkmalgeschützter Bausubstanz
1a … Bohrung im Sandstein
1b … Bohrung in derMauerfuge
Abbildung 4: Bohrkernentnahme in der Brühlschen Terrasse (Scholz + Lewis 2006 A)
Im Ergebnis der durchgeführten Bauwerksvermessung und Bauzustandsuntersuchungen sowie in Auswertung der recherchierten historischen Bauwerkszeichnungen konnten die notwendigen Angaben zu Bauart und Bauwerksgeometrie
rekonstruiert werden (vgl. Abb. 5).
Abbildung 5: Rekonstruierter Querschnitt der Außenmauer der Brühlschen Terrasse unter
Zugrundelegung einer historischen Schnittdarstellung von 1787 (Scholz +
Lewis 2006 A)
Dresdner Wasserbauliche Mitteilungen, Heft 48
27
Die erkundeten Mauerwerksdicken am Mauerfuß betragen zwischen 2,0 m bis
fast 5,0 m. Die Mauern bestehen aus Sandsteinquadern (Postaer, vereinzelt auch
Reinhardtsdorfer Sandstein), wobei – wie zur Entstehungszeit der Festungsanlagen üblich – nur die äußere und innere Mauerschale aus Sandsteinquadern gesetzt ist und der Zwischenraum aus einem Konglomeratbeton hergestellt wurde.
Für die Modellierung der Durchströmung des Bauwerkes sind die Durchlässigkeitsparameter des Sandsteinmauerwerkes von entscheidender Bedeutung. Insbesondere ist maßgebend, ob die Mauerwerksdurchlässigkeit ggf. durch die
Fugen bzw. den Sandstein selbst dominiert wird. Da die Mörtelfugen im Rahmen der Bauwerksuntersuchung als intakt festgestellt wurden war die Durchlässigkeit des Sandsteines für das Bauwerk maßgebend.
Im Frühjahr 2006 führte die Elbe wieder Hochwasser, wobei es zur Überschwemmung des Terrassenufers und auch zum teilweisen Einstau der Außenmauern der Brühlschen Terrasse kam. Damit war es zusätzlich möglich, eine
Ermittlung der Durchlässigkeitseigenschaften des Außenmauerwerks durch
Messung der eingetretenen Mauerdurchfeuchtung durchzuführen. Hierfür erfolgten Bohrmehlentnahmen in vom Einstau betroffenen Mauerbereichen. Unter
Berücksichtigung des zeitlichen Verlaufes der Hochwasserstände in der Elbe
und in Auswertung des gemessenen Feuchteverlaufes im Mauerwerk konnte für
das Mauerwerk ein idealisierter Durchlässigkeitsbeiwert mit k f = 5,5 * 10-5 m/s
bestimmt und damit auch die zuvor aus der Fachliteratur abgeleiteten Werte annähernd bestätigt werden.
Abbildung 6: Feuchteverlauf im Mauerwerk der Brühlschen Terrasse nach dem Frühjahrshochwasser 2006 (Scholz + Lewis 2006 A)
1
Block A2
Block
Saal
Saal 44
36. Dresdner Wasserbaukolloquium 2013: „Technischer und organisatorischer Hochwasserschutz“
28
Hochwasserschutz Dresdner Altstadt unter Berücksichtigung denkmalgeschützter Bausubstanz
Da für die beiden in den historischen Plänen erkannten alten Kanäle keinerlei
aktuelle Kenntnisse oder Pläne recherchiert werden konnten, wurde festgelegt,
diese Kanäle mittels Suchschachtung im Verdachtsbereich zu erkunden. Bei im
Jahr 2006 durchgeführten Aufgrabungen konnte einer der beiden vermuteten
Kanäle im Bereich der „Piatta forma“ tatsächlich gefunden werden. Der ebenfalls vermutete Kanal an der Lagertonne („Müntze“) war bereits verschlossen
und nicht mehr erkennbar.
Zur Erfassung der geologischen und hydrogeologischen Untergrundverhältnisse
wurde ein umfangreiches geotechnisches Untersuchungsprogramm realisiert.
Insgesamt wurden 8 Kernbohrungen bis zu 19 m Tiefe vor und hinter den Festungsmauern sowie zahlreiche Kleinbohrungen und Rammsondierungen innerhalb der Kasematten der Brühlschen Terrasse niedergebracht. Ein Teil der
Kernbohrungen wurde zu Grundwassermessstellen ausgebaut, an denen Pumpversuche zur Ermittlung der Durchlässigkeit des Untergrundes unter den Bauwerken ausgeführt worden sind.
Darüber hinaus konnten relevante Baugrundparameter zur Überprüfung verschiedener Standsicherheitsnachweise (z. B. Sicherheit gegen hydraulischen
Grundbruch, Erosionssicherheit des Untergrundes) anhand von Laborversuchen
ermittelt werden.
Aus den erhobenen geotechnischen Daten wurde ein Baugrundmodell entwickelt, welches die Grundlage für das hydrogeologische Berechnungsmodell bildete.
Auf der Grundlage der durchgeführten Untersuchungen erfolgte der Aufbau eines vertikal ebenen 2D Finite Elemente Grundwassermodells zur Berechnung
der instationären Durch- bzw. Unterströmung der Brühlschen Terrasse.
Für die Modellierung wurde ein besonders schlanker und damit hinsichtlich der
Mauergeometrie ungünstiger Bauwerksteil der Brühlchen Terrasse ausgewählt,
der eine relativ rasche Durchströmung erwarten ließ. Dieser Bauwerksteil ist
östlich der Brühlchen Gasse gelegen und wird als „Piatta forma“ bezeichnet.
Die Berechnungen wurden für einen Modellzeitraum von 88 Tagen, in welchem
der Wasserstand der Elbe von etwa Mittelwasserstand (MW) bis auf den Bemessungshochwasserstand (HW100) steigt und wieder auf einen erhöhten MWStand sinkt, durchgeführt. Bezüglich des zeitlichen Verlaufes des Hochwasserereignisses wurde die Hochwasserganglinie vom August 2002 zugrunde gelegt.
Dresdner Wasserbauliche Mitteilungen, Heft 48
29
Die Berechnungen erfolgten weiterhin unter der Annahme, dass alle in den Außenmauern vorhandenen Öffnungen verschlossen sind.
Die Besonderheit der realisierten instationären Modellierung besteht in der
komplexen Betrachtung der Strömungsverhältnisse im Untergrund und in den
einzelnen, gekammerten Bauwerksteilen der Brühlschen Terrasse innerhalb eines Modells.
In der nachstehenden Abbildung ist das Ergebnis der Berechnungen für den maximalen, sich hinter der Brühlschen Terrasse einstellenden Wasserstand beim
Bemessungshochwasserstand der Elbe (HW100) dargestellt.
Dresdner Altstadt
Brühlsche Terrasse
Terrassenufer, Elbe
Abbildung 7: Ergebnis der geohydraulischen Modellierung für HQ 100 Elbe mit maximalem Wasserstand hinter der Brühlschen Terrasse(Scholz + Lewis 2006 A)
Anhand der Berechnungen konnte gezeigt werden, dass unter den beschriebenen
modelltechnischen Voraussetzungen und Randbedingungen für das hinter der
Brühlschen Terrasse liegende Altstadtgebiet keine Überschwemmungsgefährdung besteht und demzufolge eine Untergrundabdichtung nicht erforderlich war.
4 Bauliche Realisierung
Im Frühjahr 2007 erfolgten die Arbeiten zum hochwassersicheren Verschließen
des alten Kanals an der Piatta forma. Es handelt sich hier um einen aus
Sandsteinquadern gemauerten rechteckförmigen Kanal, der unter den Räumen
der Piatta forma vom Terrassenufer bis hinter die Bauwerke der Brühlschen
Terrasse im Bereich des dort heute befindlichen Gebäudes der „Sekundogenitur“
führt. Der Verschluss erfolgte durch einfaches Abmauern im Kanal.
1
Block A2
Block
Saal
Saal 44
36. Dresdner Wasserbaukolloquium 2013: „Technischer und organisatorischer Hochwasserschutz“
30
Hochwasserschutz Dresdner Altstadt unter Berücksichtigung denkmalgeschützter Bausubstanz
Abbildung 8: Altkanal an der Piatta forma im Zustand bei Suchschachtung (links,DGC
2006) sowie nach Verschließen des Kanals(Scholz + Lewis 2007)
5 Schlussbemerkung
Mit der baulichen Realisierung dieser Maßnahme sowie der wenig später erfolgten Herstellung der beiden mobilen Verschlüsse für die Brühlsche Gasse und die
Münzgasse waren alle Maßnahmen zur Gewährleistung des Hochwasserschutzes
im Bereich zwischen der Carolabrücke und der Augustusbrücke abgeschlossen.
Eine Abdichtung der Außenmauern der Brühlschen Terrasse oder auch des Untergrundes waren nicht notwendig. Durch die umfangreichen Untersuchungen
konnte ein merklicher Eingriff in die denkmalgeschützte Bausubstanz vermieden
werden.
Dresdner Wasserbauliche Mitteilungen, Heft 48
31
6 Literatur
HWSK Elbe (2004): Studie zur Hochwasserschutzkonzeption für die Elbe auf
sächsischem Territorium, HGN Hydrologie GmbH, Dresden 2004
PROWA
(2003):
Grundlagenermittlung/
Vorplanung,
Temporäre
Hochwasserschutzmaßnahmen zum Schutz von Objekten der Wilsdruffer Vorstadt
und der Altstadt vor Hochwasser der Elbe, Kurzbeschreibung des Vorhabens,
PROWA Ingenieure Dresden GmbH, Juni 2003
Scholz + Lewis (2006 A): Maßnahmepaket zum Schutz der Dresdner Altstadt,
Wilsdruffer Vorstadt und Friedrichstadt vor Hochwasser der Elbe,
Planungsabschnitt 1, Zwischenbericht Teilabschnitt 1.2 (Hasenberg bis
Augustusbrücke, Planungsgesellschaft Scholz + Lewis mbH, Mai 2006
Scholz + Lewis (2006 B): Maßnahmepaket zum Schutz der Dresdner Altstadt,
Wilsdruffer Vorstadt und Friedrichstadt vor Hochwasser der Elbe, 1. BA
(Hasenberg bis Augustusbrücke), Teilabschnitt 1.2, Genehmigungsplanung,
Planungsgesellschaft Scholz + Lewis mbH, September 2006
DGC 2006: Fotodokumentation von Kanalarbeiten im Bereich der Piatta forma, Dresdner
Grundwasser Consult GmbH, 22.04.2006
Scholz + Lewis (2007):
Maßnahmepaket zum Schutz der Dresdner Altstadt,
Wilsdruffer Vorstadt und Friedrichstadt vor Hochwasser der Elbe, 1. BA
(Hasenberg bis Augustusbrücke), Teilabschnitt 1.2, Baudokumentation,
Planungsgesellschaft Scholz + Lewis mbH, 2007
Autoren:
Dr. Heiko Scholz
Dr. Ronald Lewis
Dr. Toralf Burkert
Planungsgesellschaft Scholz + Lewis mbH
Jäger Ingenieure GmbH
Büro für Tragwerksplanung
Wichernstraße 12
01445 Radebeul
An der Pikardie 8
01277 Dresden
Tel.:
+49 351 2 16 83 30
Fax:
+49 351 2 16 83 31
E-Mail: h.scholz@pgs-dresden.de
r.lewis@pgs-dresden.de
Tel.:
+49 351 83 29 60
Fax:
+49 351 83 29 50
E-Mail: t.burkert@jaeger-ingenieure.de
1
Block A2
Block
Saal
Saal 44
36. Dresdner Wasserbaukolloquium 2013: „Technischer und organisatorischer Hochwasserschutz“